সোনার (Au) রসায়ন - সমাধানকৃত অনুশীলন প্রশ্ন

বহু নির্বাচনী প্রশ্ন (MCQs)

প্রশ্ন ১

যৌগসমূহে সোনা (Au)-এর সবচেয়ে সাধারণ এবং স্থিতিশীল জারণ অবস্থা কোনটি?

A) +1 B) +2 C) +3 D) +4

সঠিক উত্তর: C) +3

ব্যাখ্যা: সোনা প্রধানত +1 এবং +3 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে। যদিও Au(I) যৌগগুলি স্থিতিশীল (যেমন, AuCN), তবে Au(III) প্রায়শই জলীয় দ্রবণ এবং AuCl₃ এবং H[AuCl₄]-এর মতো অনেক কঠিন যৌগে বেশি সাধারণ এবং স্থিতিশীল।

প্রশ্ন ২

সোনা তার নিষ্ক্রিয়তার জন্য পরিচিত। নিম্নলিখিত বিকারকগুলির মধ্যে কোনটি সোনাকে দ্রবীভূত করতে পারে?

A) গাঢ় HCl B) গাঢ় HNO₃ C) অ্যাকোয়া রেজিয়া D) লঘু H₂SO₄

সঠিক উত্তর: C) অ্যাকোয়া রেজিয়া

ব্যাখ্যা: সোনা একটি অভিজাত ধাতু এবং গাঢ় HCl বা গাঢ় HNO₃-এর মতো একক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে না। অ্যাকোয়া রেজিয়া, যা ৩ ভাগ গাঢ় HCl এবং ১ ভাগ গাঢ় HNO₃-এর মিশ্রণ, একটি সমন্বিত ক্রিয়ার মাধ্যমে সোনাকে দ্রবীভূত করে। নাইট্রিক অ্যাসিড জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে, Au³⁺ আয়ন তৈরি করে, এবং হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড স্থিতিশীল টেট্রাক্লোরোঅরেট(III) কমপ্লেক্স, [AuCl₄]⁻ তৈরি করে, যা সাম্যাবস্থাকে সামনের দিকে ঠেলে দেয়, দ্রবীভবনকে ত্বরান্বিত করে।

প্রশ্ন ৩

সায়ানাইড প্রক্রিয়া (ম্যাকআর্থার-ফরেস্ট প্রক্রিয়া) দ্বারা সোনা নিষ্কাশনের সময়, সোনা নিম্নলিখিত কোন কমপ্লেক্সে রূপান্তরিত হয়?

A) [AuCl₄]⁻ B) [Au(CN)₂]⁻ C) [Au(OH)₄]⁻ D) [Au(NH₃)₄]³⁺

সঠিক উত্তর: B) [Au(CN)₂]⁻

ব্যাখ্যা: ম্যাকআর্থার-ফরেস্ট সায়ানাইড প্রক্রিয়ায় মিহি গুঁড়ো সোনার আকরিককে বাতাস (অক্সিজেন)-এর উপস্থিতিতে সোডিয়াম বা পটাসিয়াম সায়ানাইডের একটি লঘু দ্রবণে দ্রবীভূত করা হয়। এটি একটি দ্রবণীয় ডাইসায়ানোঅরেট(I) কমপ্লেক্স, [Au(CN)₂]⁻ তৈরি করে। বিক্রিয়াটি হল: 4Au(s) + 8CN⁻(aq) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4[Au(CN)₂]⁻(aq) + 4OH⁻(aq)

---

অ্যাসারশন-রিজন প্রশ্ন

নির্দেশনা: নিম্নলিখিত প্রশ্নগুলিতে, একটি অ্যাসারশন (A) বিবৃতি এবং তারপরে একটি রিজন (R) বিবৃতি দেওয়া হয়েছে। সঠিক বিকল্পটি চিহ্নিত করুন: A) A এবং R উভয়ই সত্য এবং R হল A-এর সঠিক ব্যাখ্যা। B) A এবং R উভয়ই সত্য কিন্তু R হল A-এর সঠিক ব্যাখ্যা নয়। C) A সত্য কিন্তু R মিথ্যা। D) A মিথ্যা কিন্তু R সত্য।

প্রশ্ন ৪

অ্যাসারশন (A): সোনা একটি অভিজাত ধাতু এবং সহজে ক্ষয় হয় না। রিজন (R): সোনার একটি খুব উচ্চ ধনাত্মক প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব (E°Au³⁺/Au = +1.50 V) আছে।

সঠিক উত্তর: A) A এবং R উভয়ই সত্য এবং R হল A-এর সঠিক ব্যাখ্যা।

ব্যাখ্যা: একটি উচ্চ ধনাত্মক প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব ইঙ্গিত করে যে একটি ধাতু জারণ প্রতিরোধ করতে এবং তার ধাতব অবস্থায় থাকতে দৃঢ় প্রবণতা দেখায়। এটি সোনাকে জারণ, ক্ষয় এবং বেশিরভাগ অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়ার প্রতি অত্যন্ত প্রতিরোধী করে তোলে, এটিকে একটি অভিজাত ধাতু হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করে। অতএব, রিজন অ্যাসারশনের সঠিক ব্যাখ্যা প্রদান করে।

প্রশ্ন ৫

অ্যাসারশন (A): রূপার মতো সাদা না হয়ে সোনা হলুদ দেখায়। রিজন (R): সোনার হলুদ রঙ তার ইলেকট্রন কক্ষপথে আপেক্ষিক প্রভাবের কারণে হয়, যা নীল আলোর শোষণ ঘটায়।

সঠিক উত্তর: A) A এবং R উভয়ই সত্য এবং R হল A-এর সঠিক ব্যাখ্যা।

ব্যাখ্যা: সোনার অনন্য হলুদ রঙ আসলে আপেক্ষিক প্রভাবের জন্য দায়ী। সোনার মতো ভারী মৌলগুলির জন্য, আপেক্ষিক প্রভাব 6s কক্ষপথকে সংকুচিত করে এবং এর শক্তি হ্রাস করে, যখন 5d কক্ষপথগুলি স্থিতিশীল হয়। এটি 5d এবং 6s/6p ব্যান্ডের মধ্যে শক্তির ব্যবধান কমিয়ে দেয়, যা দৃশ্যমান বর্ণালীর উচ্চতর শক্তি ফোটন (নীল এবং বেগুনি আলো) শোষণের অনুমতি দেয়। পরিপূরক হলুদ এবং লাল আলো তখন প্রতিফলিত হয়, যা সোনাকে তার বৈশিষ্ট্যপূর্ণ সোনালি আভা দেয়। রূপা, হালকা হওয়ায়, এই প্রভাবগুলি একই মাত্রায় অনুভব করে না, যার ফলে একটি বৃহত্তর শক্তির ব্যবধান এবং শুধুমাত্র UV আলোর শোষণ ঘটে, এবং সমস্ত দৃশ্যমান আলো প্রতিফলিত হয় (সাদা দেখায়)।

---

সংক্ষিপ্ত উত্তর প্রশ্ন

প্রশ্ন ৬

ব্যাখ্যা করুন কেন সোনা অ্যাকোয়া রেজিয়াতে দ্রবীভূত হয় কিন্তু শুধুমাত্র নাইট্রিক অ্যাসিডে দ্রবীভূত হয় না।

মডেল উত্তর: সোনা শুধুমাত্র নাইট্রিক অ্যাসিডে দ্রবীভূত হয় না কারণ এটি একটি অভিজাত ধাতু যার একটি খুব উচ্চ ধনাত্মক প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব (E°Au³⁺/Au = +1.50 V) রয়েছে। এই উচ্চ বিভব H⁺ আয়ন বা নাইট্রেটের দ্বারা জারণের প্রতি এর দৃঢ় প্রতিরোধ ক্ষমতা নির্দেশ করে।

তবে, সোনা অ্যাকোয়া রেজিয়াতে (৩:১ অনুপাতে গাঢ় HCl এবং গাঢ় HNO₃-এর মিশ্রণ) একটি সমন্বিত ক্রিয়ার কারণে দ্রবীভূত হয়:

1. নাইট্রিক অ্যাসিড দ্বারা জারণ: নাইট্রিক অ্যাসিড একটি শক্তিশালী জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে, ধাতব সোনা (Au⁰)-কে সোনা(III) আয়নে (Au³⁺) জারিত করে: Au(s) + 4H⁺(aq) + 3NO₃⁻(aq) → Au³⁺(aq) + 3NO₂(g) + 2H₂O(l) (সরলীকৃত বিক্রিয়া)
2. হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড দ্বারা কমপ্লেক্স গঠন: একই সাথে, হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড সদ্য উৎপন্ন Au³⁺ আয়নের সাথে বিক্রিয়া করে অত্যন্ত স্থিতিশীল টেট্রাক্লোরোঅরেট(III) কমপ্লেক্স অ্যানায়ন, [AuCl₄]⁻ তৈরি করে: Au³⁺(aq) + 4Cl⁻(aq) → [AuCl₄]⁻(aq)

স্থিতিশীল [AuCl₄]⁻ কমপ্লেক্স গঠনের ফলে দ্রবণে মুক্ত Au³⁺ আয়নের ঘনত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। লে শ্যাটিলের নীতি অনুসারে, Au³⁺ আয়নের এই অপসারণ প্রাথমিক জারণ বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থাকে ডানদিকে ঠেলে দেয়, যা আরও সোনার ক্রমাগত দ্রবীভবনকে উৎসাহিত করে। সামগ্রিক বিক্রিয়াটি নিম্নরূপ উপস্থাপন করা যেতে পারে: Au(s) + 3HCl(aq) + HNO₃(aq) → HAuCl₄ + NO(g) + 2H₂O(l)

প্রশ্ন ৭

সোনা নিষ্কাশনের ম্যাকআর্থার-ফরেস্ট সায়ানাইড প্রক্রিয়ায় সায়ানাইড এবং অক্সিজেনের ভূমিকা বর্ণনা করুন।

মডেল উত্তর: সোনা নিষ্কাশনের ম্যাকআর্থার-ফরেস্ট সায়ানাইড প্রক্রিয়ায়, মিহি গুঁড়ো সোনার আকরিককে অক্সিজেনের উপস্থিতিতে সোডিয়াম বা পটাসিয়াম সায়ানাইডের একটি লঘু দ্রবণ দ্বারা লিচিং করা হয়। সায়ানাইড এবং অক্সিজেন উভয়ই গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে:

1. সায়ানাইডের ভূমিকা (CN⁻): সায়ানাইড একটি কমপ্লেক্সিং এজেন্ট হিসাবে কাজ করে। এটি ধাতব সোনার সাথে বিক্রিয়া করে একটি অত্যন্ত স্থিতিশীল, দ্রবণীয় ডাইসায়ানোঅরেট(I) কমপ্লেক্স, [Au(CN)₂]⁻ তৈরি করে। এই কমপ্লেক্স গঠন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি সোনাকে, যা অন্যথায় জলে এবং বেশিরভাগ বিকারকে অদ্রবণীয়, একটি জলীয় দ্রবণে দ্রবীভূত হতে দেয়। কমপ্লেক্সের স্থিতিশীলতা সোনার দ্রবীভবনের দিকে সাম্যাবস্থাকে স্থানান্তরিত করে।

2. অক্সিজেনের ভূমিকা (O₂): অক্সিজেন একটি জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে। এটি ধাতব সোনা (Au⁰)-কে Au(I) জারণ অবস্থায় জারিত করে, যা সায়ানাইড আয়নের সাথে বিক্রিয়া করে কমপ্লেক্স গঠনের জন্য প্রয়োজনীয়। অক্সিজেন ছাড়া, জারণ ধাপটি ঘটবে না, এবং সোনা দ্রবীভূত হবে না। অক্সিজেন মূলত কঠিন সোনাকে তার আয়নিক রূপে রূপান্তরিত করতে সহায়তা করে।

তাদের সম্মিলিত ভূমিকা প্রদর্শনকারী সামগ্রিক রাসায়নিক বিক্রিয়াটি হল: 4Au(s) + 8CN⁻(aq) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4[Au(CN)₂]⁻(aq) + 4OH⁻(aq) এই প্রক্রিয়া কার্যকরভাবে আকরিক থেকে সোনাকে দ্রবণীয় করে তোলে, যা পরবর্তীকালে বিজারন (যেমন, জিঙ্ক ব্যবহার করে) দ্বারা এর পুনরুদ্ধারের অনুমতি দেয়।

---

উচ্চ-স্তরের চিন্তাভাবনার প্রশ্ন (HOTS)

প্রশ্ন ৮

অধিকাংশ সন্ধিগত ধাতু পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে এবং রঙিন যৌগ তৈরি করে। সোনা (Au), একটি d-ব্লক মৌল, প্রধানত +1 এবং +3 জারণ অবস্থা দেখায় এবং স্থিতিশীল কমপ্লেক্স তৈরি করে। ব্যাখ্যা করুন কেন সোনা প্রায়শই লোহা বা তামার মতো অন্যান্য সন্ধিগত ধাতুর চেয়ে কম প্রতিক্রিয়াশীল বলে মনে হয় এবং কীভাবে এর ইলেকট্রনিক কনফিগারেশন এর বৈশিষ্ট্যগুলিতে অবদান রাখে।

মডেল উত্তর: সোনার অনন্য বৈশিষ্ট্য, যার মধ্যে লোহা বা তামার মতো অন্যান্য সন্ধিগত ধাতুর তুলনায় এর আপেক্ষিক নিষ্ক্রিয়তা, এবং এর বৈশিষ্ট্যপূর্ণ ইলেকট্রনিক কনফিগারেশন বেশ কয়েকটি কারণের উপর নির্ভরশীল:

1. ইলেকট্রনিক কনফিগারেশন এবং আয়নিকরণ শক্তি: সোনার ইলেকট্রনিক কনফিগারেশন হল [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹।

   • উচ্চ প্রথম আয়নিকরণ শক্তি: সোনার একটি খুব উচ্চ প্রথম আয়নিকরণ শক্তি রয়েছে। এটি তার সংকুচিত নিউক্লীয় চার্জ (Z=79) এবং 6s কক্ষপথের আপেক্ষিক সংকোচনশীলতার কারণে হয়। আপেক্ষিক প্রভাব 6s ইলেকট্রনগুলিকে নিউক্লিয়াসের সাথে আরও দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ করে তোলে, যা তাদের অপসারণের জন্য যথেষ্ট পরিমাণে শক্তির প্রয়োজন হয়। এই উচ্চ আয়নিকরণ শক্তি ইলেকট্রন হারাতে এবং জারণে অংশগ্রহণ করার প্রতি এর অনীহাতে অবদান রাখে।
   • স্থিতিশীল d¹⁰ কনফিগারেশন: সোনার একটি সম্পূর্ণরূপে পূর্ণ 5d¹⁰ উপস্তর রয়েছে। এই স্থিতিশীল কনফিগারেশন আংশিকভাবে পূর্ণ d-কক্ষপথ সহ সন্ধিগত ধাতুগুলির তুলনায় এর সাধারণত কম প্রতিক্রিয়াশীলতায় অবদান রাখে, যা সহজেই ধাতব বন্ধন এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে।

2. উচ্চ প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব: সোনার একটি খুব উচ্চ ধনাত্মক প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব (E°Au³⁺/Au = +1.50 V; E°Au⁺/Au = +1.69 V) রয়েছে। এটি নির্দেশ করে যে সোনা আয়ন গঠনের পরিবর্তে তার ধাতব, অবিজারিত অবস্থায় থাকতে দৃঢ় প্রবণতা দেখায়। তুলনামূলকভাবে, লোহা (E°Fe²⁺/Fe = -0.44 V) এবং তামা (E°Cu²⁺/Cu = +0.34 V)-এর মতো মৌলগুলির অনেক কম বা ঋণাত্মক তড়িৎদ্বার বিভব রয়েছে, যা ইলেকট্রন হারানো এবং বিক্রিয়া করার বৃহত্তর প্রবণতা নির্দেশ করে।

3. আপেক্ষিক প্রভাব (Relativistic Effects): সোনার মতো একটি খুব ভারী মৌলের জন্য, আপেক্ষিক প্রভাবগুলি তাৎপর্যপূর্ণ হয়ে ওঠে:

   • 6s কক্ষপথের সংকোচন: 6s কক্ষপথের ইলেকট্রনগুলি আপেক্ষিক ভর বৃদ্ধির জন্য যথেষ্ট উচ্চ গতিতে চলে, যার ফলে কক্ষপথ সংকুচিত হয় এবং শক্তিতে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। এটি 6s ইলেকট্রনগুলিকে অপসারণ করা অত্যন্ত কঠিন করে তোলে।
   • 5d কক্ষপথের স্থিতিশীলতা: সংকুচিত s-ইলেকট্রন থেকে বৃদ্ধিপ্রাপ্ত শিল্ডিংয়ের কারণে 5d কক্ষপথগুলিও কিছুটা স্থিতিশীল হয়। এই আপেক্ষিক প্রভাবগুলি দখলকৃত d-কক্ষপথ এবং অনধিকৃত s/p কক্ষপথগুলির মধ্যে একটি বৃহত্তর শক্তির ব্যবধানের দিকে পরিচালিত করে, যা এর রাসায়নিক আচরণকে প্রভাবিত করে এবং এর আপেক্ষিক নিষ্ক্রিয়তায় অবদান রাখে।

4. কমপ্লেক্স গঠনের প্রবণতা: অনেক বিকারক দ্বারা সরাসরি জারণের প্রতি এর নিষ্ক্রিয়তা সত্ত্বেও, সোনা সহজেই স্থিতিশীল কমপ্লেক্স তৈরি করে, বিশেষ করে সায়ানাইড (CN⁻) এবং হ্যালাইড (Cl⁻)-এর মতো মৃদু লিগ্যান্ডের সাথে। এই স্থিতিশীল কমপ্লেক্সগুলির (যেমন, [Au(CN)₂]⁻, [AuCl₄]⁻) গঠন অ্যাকোয়া রেজিয়া বা সায়ানাইড দ্রবণের মতো নির্দিষ্ট বিকারকগুলিতে এর দ্রবীভূত হওয়ার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এই কমপ্লেক্সগুলির উচ্চ স্থিতিশীলতা বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থাকে স্থানান্তরিত করে, কার্যকরভাবে Au আয়নগুলিকে দ্রবণে ‘টেনে নেয়’ এবং এর সহজাত নিষ্ক্রিয়তাকে অতিক্রম করে।

সংক্ষেপে, সোনার অসাধারণ নিষ্ক্রিয়তা তার উচ্চ আয়নিকরণ শক্তি, স্থিতিশীল d¹⁰ ইলেকট্রনিক কনফিগারেশন, এবং গুরুত্বপূর্ণভাবে, উল্লেখযোগ্য আপেক্ষিক প্রভাব থেকে উদ্ভূত হয় যা এর যোজ্যতা ইলেকট্রনগুলিকে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ করে রাখে, যা একটি খুব উচ্চ ধনাত্মক প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব হিসাবে প্রকাশিত হয়। যদিও এটি অনেক বিকারকের প্রতি নিষ্ক্রিয়, তবে এর অত্যন্ত স্থিতিশীল কমপ্লেক্স গঠনের ক্ষমতা নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে এটিকে বিক্রিয়া করতে দেয়।